4.2探究加速度与力、质量的关系 优秀学案

班级： 姓名：

一、实验目的：

采用控制变量法探究加速度与力、质量的关系。即： 1．保持物体质量M不变，探究加速度a与力F的关系． 2．保持物体所受的力F一定时，探究加速度a与质量M的关系． 二、实验器材：

一端附有定滑轮的长木板；小车；带小钩的细绳；砝码和小盘；打点计时器；低压交流电源；导线；纸带及复写纸；刻度尺；天平 三、实验原理：

思路：实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量。质量可以用天平测量，本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和怎样提供和测量物体所受的力。

1、怎样测量物体的加速度？

① 可以在运动物体上连一条纸带，借助纸带上打出的点，根据连续相等时间间隔T内的位移差x相等，利用公式 求出加速度。测量加速度也可以采用气垫导轨和光电门进行。

② 也可以不测加速度的具体数值，而测不同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体

加速度的比值。根据a= 2t x2 ，测出两初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、

x

a1x2，位移比就是加速度之比。即1a2x2例：如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，小车及其中所放砝码的总质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有 ( )

A．当m1＝m2、F1＝2F2，x1＝2x2 B．当m1＝m2、F1＝2F2，x2＝2x1 C．当F1＝F2 、m1＝2m2，x1＝2x2 D．当F1＝F2 、m1＝2m2，x2＝2x1

2、怎样提供并测量物体所受到的恒定合外力？

以教材提供的实验装置为例，实验研究对象为小车（连同车内的砝码），提供恒力的是所挂重物（小盘和砝码）。实验中认为使小车做匀加速运动的力，与小盘和砝码的总重力大小相等。为此必须满足以下两个实验条件：

平衡摩擦力：水平板应尽可能光滑，将长木板的不带滑轮的一端垫高到一个合适的角度，将连有纸带的小车（未连细绳）在上面轻轻一推使其恰能匀速下滑为止。即用小车重力沿斜面方向的分力（下滑力）平衡摩擦力。

改变物体质量时，应保持小车与其中砝码的质量 盘与盘中砝码的质量。可近似认为小车所受细绳的拉力T等于小盘和砝码的总重力。 四、实验步骤：

(1)用 测出小车和小桶的质量M和m，把

数值记录下来．

(2)先如图所示把实验器材安装好．

(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂细绳的小车刚好在斜面上保持 运动为止。（所打纸带上相邻点的间距相等）

(4)将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g.

(5)保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带及重物的重力m1g、m2g、„。用纵坐标表示加速度，横坐标表示合力，在坐标平面上画出相应的点．若这些点在一条直线上并通过原点，便证明了加速度与合力成正比，即a∝F。

(6)保持小车所受合外力不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M1，接通电源，放开小车用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。

(7)继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上画出相应的点．如果这些点是在一条直线上并通过原点，就证明加速度与质量成反比，即a∝

1M。 五、课后练习：

1、在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是( ) A．小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力

B．小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车所施加的拉力 C．只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力

D．只有平衡摩擦力后，且小车的质量M远大于吊盘与砝码的总质量时，小车所受合力可以认为等于吊盘和砝码的重力

2、在实验中，关于平衡摩擦力，下列说法中正确的是（ ） A、小车后面的纸带必须连接好，但打点计时器可以不打点

B、不仅小车后面的纸带必须连接好，而且要让打点计时器开始打点 C、不能将装砂的小桶用细线通过定滑轮拴接在小车的前面 D、必须将装砂的小桶用细线通过定滑轮拴接在小车的前面

3、在《探究加速度与力、质量的关系》实验中。 (1)某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系。下列措施中不需要或不正确的是( )

A．首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力 B．平衡摩擦力的方法就是在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动 C．每次改变小车拉力后都需要重新平衡摩擦力

D．实验中通过在塑料桶内增加砝码来改变小车受到的拉力 E．每次小车都要从同一位置开始运动

F．实验中应先释放小车，然后再开打点计时器的电源

(2)某组同学实验得出数据，画出的a－1/M的关系图线如图所示。从图象中可以看出，作用在物体上的恒力F＝________N。当物体的质量为5kg时，它的加速度为________m/s2。 4、某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图(a)所示为实验装置简图。(交流电的频率为50Hz)

(1)图(b)所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2。(保留两位有效数字)

(2)保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与对应的1

m数据如下表：

实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度a/m·s2 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 1－1m/kg 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在如图所示的坐标纸中画出a－1m图象，并由图象求出小车加速度a与质量倒数1m

之间的关

系式是________ 。

5、为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：

(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，

在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？

答：________________________________________________________________________

(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________． A．m1＝5g B．m2＝15g C．m3＝40g D．m4＝400g

(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：________________________________________________________________________. (用Δt1、Δt2、D、x表示)